建筑结构设计题.doc

整体式单向板肋形楼盖设计姓 名：沈 杰班 级：水工1105班学 号：1110327指导老师：段凯敏设计日期：2012年12月成 绩：单向板肋形结构设计、基本情况 某现浇钢筋混凝土肋形板楼（2级水工建筑物），其结构平面布置如图9-58所示。楼面面层用20mm厚水泥砂浆抹面，梁、板的底面用15mm厚纸筋石灰粉刷，楼面可变荷载标准值qk=8.0kN/m.基本组合时的承载力安全系数K=1.20,其平面尺寸为30m19.8m.试绘制板、梁、主梁的计算简图。二、设计资料（1）楼板构造做法：20mm厚水泥砂浆（重度为20kN/m3）面层，钢筋混凝土现浇板（重度为25kN/m3）,15mm厚混合砂浆顶棚抹灰（重度为17kN/m3）(2)四周为普通砖砌墙，墙厚均为240mm,直接承载主梁位置设有扶壁，尺寸如图9-58所示。钢筋混凝土柱为400mm400mm. 图9-58 计算题4肋形楼盖平面布置(3)楼面荷载：均布可变荷载标准值为9kN/m2（4）材料选用:1)混凝土：强度等级C25.2）钢筋：粱内受力钢筋采用RB400级，其余钢筋采用HPB235或HRB335级。三、设计过程（一）楼盖的结构平面布置采用横墙承重方案，即主梁横向布置，次梁纵向布置。主梁跨度为6.6m，次梁的跨度为6.0m,主梁每跨内布置两根次梁，板的跨度为2.2m。此时，板的长短跨之比为6.0/2.2=2.72.0,可按单向板设计，但按规范规定，应沿边长方向布置足够的构造钢筋。楼面平面布置见图9-58.（二）板梁的截面尺寸拟定考虑刚度要求，连续板的板厚不小于跨度的1/40，hl/40=2200/40=55mm；考虑是水电站的楼盖板，故取h=80mm.次梁的截面高度根据一般要求：h=(1/181/12)6000=(333500)mm取次梁的截面为bh=200mm450mm主梁的截面高度根据一般要求： h=(1/121/8)l=(1/121/8)6600=(550825)mm取主梁的截面为bh=250mm600mm(三)板的设计1.荷载计算在垂直于次梁的方向取1m宽的板带作为板的设计单元。板的永久荷载标准： 20mm厚水泥砂浆面层 0.021.020=0.4kN/m 80mm厚钢筋混凝土板 0.081.025=2.0kN/m 15mm厚板底混合砂浆抹灰 0.0151.017=0.255kN/m 小计 2.655kN/m可变荷载标准值： 9kN/m折算荷载： g1k=gk+qk/2=2.655+9/2=7.155kN/m qk=qk/2=7.5/2=4.5kN/m2计算简图次梁截面为200mm450mm取板在墙上的支承长度为120mm,板的尺寸及其支承情况如图9-59（a）所示。板的计算跨度如下：（1） 边跨： Ln1=2200-120-200/2=1980mm L01= Ln1+b/2+h/2=1980+200/2+80/2=2120mm L01= Ln1+b/2+a/2=1980+200/2+120/2=2140mm L01=1.1Ln1=1.11980=2178mm应取L01=2120mm，但为了计算方便和安全，取L01=2200mm（2） 中间跨： L02=LC=2200mm 两跨相差（L02- L01）/ L02=(2200-2120)/2200=3.6%10%,故按等跨来考虑，9跨按5跨计算。其计算简图如图9-59（b）所示 图9-59 连续板的构造及计算简图3.弯矩计算连续板的剪力一般由混凝土承担，不需要进行斜截面承载力计算，亦不需设置腹筋。弯矩设计值按式（9-1）计算，式中系数a1及a2可查附录五得到，计算结果见表9-2 表9-2 板的弯矩计算表截面边跨B支座2跨中C支座3跨中a10.0781-0.10500.0331-0.07900.0462a20.1000-0.11900.0787-0.11100.0855M=1.05a1g1kl20+1.20a2qkl20 (kN.m)1.050.07817.1552.22+1.200.14.52.22=5.45-1.050.10507.1552.22-1.200.1194.52.22=-6.9281.050.03317.1552.22+1.200.07874.52.22=3.26-1.050.07907.1552.22-1.200.11104.52.22=-5.7741.050.04627.1552.22+1.200.08554.52.22=3.91 支座边缘的弯矩值：V0=(1.50g1k+1.20qk)Ln/2=(1.057.155+1.204.5)2/2=12.91kN MB=-(MB-0.5bV0)=-(6.928-0.50.212.91)=-5.637kN.m MC=-(MC-0.5bV0)=-(5.774-0.50.212.91)=-4.483kN.m4.配筋计算b=1000mm,h=80mm,h0=55mm,fc=11.9N/mm2,f=210N/mm2,承载力安全系数K=1.20,计算结果列于下表9-3 . 表9-3 板的正截面承载力计算截面第一跨支座B第二跨支座C第三跨M(kN.m)5.45-5.6373.26-4.4833.91a=KM/fcbh020.182o.1880.1090.1490.13=1-1-2a0.2030.2100.1160.1620.140=fc/f(%)1.151.190.660.920.79A=bh0（mm2）632.5654.5363506434.5选配钢筋（分离式配筋）10/1214010/121408140101408/10140实配钢筋面积（mm2）684684359561460=A/bh0(%)(min=0.20%)1.241.240.651.020.845.板的配筋图为了便于施工，连续板中受力钢筋的配筋采用分离式。其中下部受力钢筋全部伸入支座。伸入支座的锚固长度不应小于5d,支座负弯矩钢筋向跨内的延伸长度取从支座边a=Ln/4=2000/4=500mm在板的配筋图中，除按计算配置受力钢筋外，还应设置下列构造钢筋：（1） 分布钢筋。按构造规定，分布钢筋的直径不宜小于6mm,间距不宜大于250mm。每米板宽内分布钢筋的截面不小于受力钢筋截面面积的15%，约为98mm2。选用6250，A=113mm2。（2） 板边的构造钢筋。因为现浇钢筋混凝土板周边嵌固在体墙上，其上部与板边垂直的构造钢筋伸入板内的长度，从墙边算起不小于板短边计算跨度的1/5，即L01/5=2200/5=440mm，直径不宜小于6mm，间距不宜大于200mm，其数量按承受跨中最大弯矩的1/4计算，约为127 mm2，所以取6200，A=141mm2。延伸长度取440mm。(3)板角部构造钢筋。在两边嵌固于墙内的板角部位上部，设置6200的双向构造钢筋，该钢筋伸入板内的长度，从墙边算起不小于板短边计算跨度的1/4，即L01/4=2200/4=550mm。（4）垂直于主梁的上部钢筋。直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，单位长度内的总截面面积不应小于板中单位长度内受力钢筋截面面积的1/3，约为180mm2。该钢筋伸入板内的长度，从梁边算起不小于板短边计算跨度的1/4，即L0/4=2200/4=550mm，取8200，A=251 mm2。板的配筋图如图9-60所示。（四）次梁设计1.荷载计算永久荷载标准值： 板传来荷载 2.6552.2=5.841kN/m 次梁梁肋自重 0.2（0.45-0.08）25=1.85 kN/m 次梁粉刷 0.0152（0.45-0.08）17=0.1887 kN/m 小计 gk=7.897kN/m可变荷载标准值： qk=92.2=19.8kN/m折算荷载标准值： g1k=gk+qk/4=7.897+19.8/4=12.847kN/m qk1=3qk/4=319.8/4=14.85kN/m2.计算简图次梁在砖墙上的支承长度为240mm。主梁截面为250mm600mm.计算跨度如下：（1） 边跨： Ln1=6000-240/2-250/2=5755mm L01= Ln1+a/2+b/2=5755+240/2+250/2=6000mm L01=1.05Ln1=1.055755=6043mm取L01=6000mm。（2） 中间跨： Ln2=LC-a=6000-250=5750mm L02=LC=6000mm L02=1.05Ln2=1.055750=6037.5mm两者相差很小，为计算方便，取L02=6000mm。次梁设计时，取其中相邻板中心线之间部分作为计算单元。本例为五跨连续梁。次梁构造及计算简图如图9-61（a）(b)所示。 图9-61 次梁的构造及计算简图3.内力计算（1）弯矩计算。连续梁各控制截面的弯矩可查附表5-4计算，弯矩设计值的计算及结果列于9-4. 表9-4 次梁的弯矩计算表截面边跨支座B第二跨支座C第三跨a100781-0.1050.0331-0.0790.0462a20.1000-0.1190.0787-0.1110.0855M=1.05a1g1kl20+1.20a2qkl20 (kN.m)1.050.078112.84762+1.200.114.8562=102.1-1.050.10512.84762-1.200.11914.8562=-127.31.050.033112.84762+1.200.078714.8562=66.6-1.050.07912.84762-1.200.11114.8562=-109.61.050.046212.84762+1.200.085514.8562=77.3支座边缘的弯矩设计值MB V0=（g1k+qk）Ln/2=（12.847+14.85）5.75/2=79.6kN.m MB=-(MB-0.5bV0)=-(127.3-0.50.2579.6)=-117.35kN.m MC=-(MC-0.5bV0)=-(109.6-0.50.2579.6)=-99.65kN.m(2)剪力计算。支座边缘剪力设计值的计算可查附表5-4，剪力设计值的计算及结果列于表9-5. 表9-5 次梁的剪力计算表截面支座A支座B（左）支座B（右）支座C（左）支座C（右）10.395-0.6060.526-0.4740.50020.447-0.6200.598-0.5760.591V=1.051g1kLn+1.202qk Ln(kN)1.050.39512.8475.755+1.200.44714.855.755=76.5-1.050.60612.8475.755-1.200.62014.855.755=-110.61.050.52612.8475.75+1.200.59814.855.75=102.1-1.050.47412.8475.75-1.200.57614.855.75=-95.81.050.50012.8475.75+1.200.59114.855.75=99.34.配筋计算（1）计算翼缘宽度bf。根据整浇楼盖的受力特点，板所在梁上截面参与次梁受力，因此，在配筋设计时，次梁跨中截面按形截面设计，计算翼缘宽度： bf=L0/3=6000/3=2000mm bf=b+Sn=2200mm取bf=2000mm，荷载计算单元如图9-61（c）所示。次梁支座截面因承受负弯矩（上面受拉，下面受压）而按矩形截面计算。（2）正截面承载力计算。b=200mm,h=450mm,h0=410mm,hf=80mm,fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,f=360N/mm2,承载力安全系数K=1.20，计算结果见表9-6. 表9-6 次梁的正截面承载力计算截面第一跨支座B第二跨支座C第三跨M（kN.m）102.1-117.3566.6-99.6577.3h0(mm)410410410410410bf或b(mm)200020020002002000fcbfhf(h0- hf/2)(kN.m)704.5704.5704.5as=KM/fcbf(或b)h0200310352002002990023=1-1-2a00310456002003660023As=(fc/f)bf(或b)h0(mm2)840312360542199218132选配钢筋220（直）+118（弯225(直)+118(左弯)220(直)222(直)+118（直220（直）+116（弯实配钢筋面积(mm2)88312376281015829=As/（bh0）(%)(min=0.20%)1.081.510.771.241.01(3)斜截面受剪承载力计算。计算结果见表9-7.表9-7 次梁的斜截面受剪承载力计算截面（kN）支座A支座B（左）支座B（右）支座C（左）支座C（右）V（kN）765-110。61021-95。8993KV(kN)9181327122511501192h0(mm)4104104104104100.25fCbh0(kN)2440KV2440KV2440KV2440KV2440KVVC=0.7ftbh0(kN)729KV729KV729KV729KV729KV箍筋肢数、直径（mm)2、62、62、62、62、6S=1.25fyvAsvh0/KV-0.7ftbh0(mm)324102123145132实配箍筋间距s(mm)100100100100100sv=Asv/(bs)(%)(svmin=0.15%)029029029029029次梁的配筋图见图9-61.（五）主梁设计1.荷载计算为简化计算，将主梁自重等效为集中荷载。永久荷载标准值： 次梁传来永久荷载 7.8975=39.5kV 主梁梁肋自重 0.25（0.6-0.08）252.2 +0.022(0.6-0.08)172.2=7.9kN 小计 Gk=39.5+7.9=47.4kN可变荷载标准值：Qk=19.85=99kN2.计算简图主梁端部支承在带壁柱砖墙上，支承长度为370mm.中间支承在400mm400mm的混凝土柱上。主梁按三跨连续梁计算，其计算跨度如下：（1） 边跨： Ln1=6600-120-400/2=6280mm L01=Lc=6600mm L01=1.05Ln1=1.056280=6594mm取小值，L01=6600mm。（2） 中间跨： Ln2=6600-400=6200mm L02=Lc=6600mm L02=1.05Ln2=1.056200=6510mm应取L02=6510mm，但为了计算方便，取L02=6600mm。内力可按三跨连续梁内力系数表来计算。构造及计算简图如图9-62所示。 图9-62 主梁的构造及计算简图3.内力计算根据弹性计算方法，集中荷载作用下连续梁的内力按下式计算： M=1.05a1GkL0+1.20a2QkL0 V=1.051Gk+1.202Qk GkL0=47.46.6=312.8kN.m QkL0=996.6=653.4kN.m式中a1、a2、1、2可查附录五表格。弯矩设计值计算结果见表9-8，剪力设计值计算结果见表9-9.表9-8 主梁弯矩计算表序号荷载简图边跨中中间支座中跨中a/M1M1aa/MB(MC)M2ba/M2图9-30（a）0.244/80.1450.91-0.267(-0.267)/-87.69(-87.69)22.000.067/22.00图9-30（b）0.289/226.60191.84-0.133(-0.133)/-104.28(-104.28)-104.28-0.133/-104.28图9-30（c）0.229/179.5598.26-0.311(-0.089)/-243.85（-69.78）75.270.170/133.29图9-30(d)-0.044/-34.50-69.26-0.133（-0.133/-104.28（-104.28156.820.200/156.82最不利内力组合+306.74259.6945.64242.75149.17-18.35-191.97（-191.97）-331.54（-157.47）-191.97（-191.97）-82.2897.27178.82-82.28155.29178.82注 M1a=M1- MB/3；M2b=M2-（MB-MC)/3，其中MB、MC均以正值代入表9-9 主梁剪力计算表序号计算简图边支座边跨中中间支座中间跨中/VAV1r/VB1(VBr)V2br图9-30（a）0.733/36.48-13.29-1.267(1.000)/-63.06(49.77)0图9-30（b）0.866/102.88-15.92-1.134(0)/-134.72(0)0图9-30（c）0.689/81.85-36.95-1.311(1.222)/-155.75(145.17)26.37图9-30（d）-0.133/-15.80-15.80-0.133(1.000)/-15.80(118.8)0最不利内力组合+139.36118.3320.68-29.21-50.24-29.29-197.78(49.77)-218.81(194.94)-78.86(238.57)026.370可变荷载的最不利组合位置见图9-30。 图9-30 可变荷载的最不利组合主梁的弯矩包络图和剪力络图见图9-31.4.正截面承载力计算主梁跨中截面按形截面计算，翼缘高度hf=80mm计算翼缘宽度： bf=L0/3=6.6/3=2.2mb+Sn=6.0mm所以取bf=2200mm截面有效高度：支座B： h0=600-80=520mm边跨中： h0=600-70=530mm中跨截面：h0=600-40=560mm(下部) h0=600-60=540mm(上部)主梁支座截面按矩形截面计算，计算弯矩采用支座边缘截面处的弯矩值，即 MB=-(MB-0.5bV0)因为b=0.4m0.05Ln=0.056.2=0.31m，取b=0.31m.MB=-(MB-0.5bV0)=-331.54-0.50.31(1.0547.4+1.2099) =-305.41kN.m判别形梁截面类型：fcbfhf(h0- hf/2)=11.9220080(530-80/2)=1026.3kN.m KM1=1.20306.74=368.1kN.m KM2=1.20178.82=214.6kN.m主梁跨中按第一类形梁截面计算。fc=11.9N/mm2,ft=1.27N/mm2,f=360N/mm2,承载力安全系数K=1.20，计算结果见表9-10。连续梁的配筋构造：（1）纵向钢筋直径宜选用1225mm，最大不宜超过28mm（2）纵向钢筋直径种类不宜超过两种，且直径差应大于或等于2mm（3）每排纵向受力钢筋宜用34根，最多用两排。（4）选配钢筋时，先选跨中受力钢筋，支座负弯矩钢筋可由两边跨中的一部分钢筋弯起而得，如果不足，则另加直钢筋以满足支座上面负弯矩所需的钢筋量。弯起钢筋的弯起点应满足斜截面受弯承载力的要求。表9-10 主梁正截面受弯承载力计算截面边跨中中间支座B中跨中M(kN.m)306.74-305.41178.82-82.28bf或b(mm)22002502200250h0(mm)530520560540as=KM/fcbf(或b)h020.0500.4560.0260.114=1-1-2a0.0510.7020.0260.121As=(fc/f)bf(或b)h0(mm2)198030161079541选配钢筋420（直）222（弯）428（直）+222（左弯）322（直）220实配面积（mm2)201632231140638=As/（bh0）(%)(min=0.20%)1.522.480.810.47(5)跨中下部受力钢筋至少要有2根伸入支座，并放在下部两角处（兼作支座截面架立钢筋），其面积不宜小于跨中钢筋面积的一半。（6）支座上部钢筋由两边弯起时，应不使钢筋在支座处碰头，另加直钢筋应放在上面两角处（兼作架立钢筋）。（7）绘制结构施工图时，所有钢筋均应予以编号，如钢筋的种类、 直径、形状及长度完全相同，可以编同一个号，否则需分别编号。（8）主梁应绘制弯矩包络图及抵抗弯矩图，以确定纵筋弯起或截断的具体位置。5.主梁斜截面受剪承载力计